अल्पसंख्यक (आवेश) वाहक

Minority (Charge) Carriers

अर्धचालक में, दो प्रकार के आवेश वाहक होते हैं: इलेक्ट्रॉन और छिद्र (होल)। इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं, जबकि छिद्र धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं। बहुसंख्यक आवेश वाहक एक प्रकार के आवेश वाहक होते हैं जो अर्धचालक में अधिक प्रचुर मात्रा में होते हैं। अल्पसंख्यक आवेश वाहक उस प्रकार के आवेश वाहक हैं जो कम प्रचुर मात्रा में होते हैं।

एक आंतरिक अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या बराबर होती है। हालाँकि, जब एक अर्धचालक को अशुद्धियों से मिलाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की संख्या असंतुलित हो जाती है। एन-प्रकार के अर्धचालक में, बहुसंख्यक आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं, और अल्पसंख्यक आवेश वाहक छिद्र होते हैं। पी-प्रकार के अर्धचालक में, बहुसंख्यक आवेश वाहक छेद होते हैं, और अल्पसंख्यक आवेश वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं।

अल्पसंख्यक आवेश वाहक उतपादन (माइनॉरिटी चार्ज कैरियर जनरेशन)

अर्धचालक में अल्पसंख्यक चार्ज वाहक कई तरीकों से उत्पन्न किए जा सकते हैं। एक तरीका थर्मल उत्तेजना के माध्यम से है। पूर्ण शून्य से ऊपर के तापमान पर, वैलेंस बैंड में कुछ इलेक्ट्रॉनों को चालन बैंड में थर्मल रूप से उत्तेजित किया जा सकता है। ये उत्तेजित इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड में छेद छोड़ देते हैं।

अल्पसंख्यक आवेश वाहक उत्पन्न करने का दूसरा तरीका ऑप्टिकल उत्तेजना के माध्यम से है। जब एक अर्धचालक को प्रकाश से प्रकाशित किया जाता है, तो पर्याप्त ऊर्जा वाले फोटॉन वैलेंस बैंड से चालन बैंड तक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित कर सकते हैं। इससे वैलेंस बैंड में भी छेद हो जाता है।

अल्पसंख्यक प्रभार वाहक पुनर्संयोजन

अल्पसंख्यक आवेश वाहक बहुसंख्यक आवेश वाहकों के साथ पुनः संयोजित हो सकते हैं, और फोटॉन या ऊष्मा के रूप में ऊर्जा जारी कर सकते हैं। इस प्रक्रिया को अल्पसंख्यक आवेश वाहक पुनर्संयोजन के रूप में जाना जाता है।

अल्पसंख्यक आवेश वाहक पुनर्संयोजन की दर अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता और बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता के समानुपाती होती है। निम्नलिखित समीकरण अल्पसंख्यक आवेश वाहक पुनर्संयोजन की दर का वर्णन करता है:

$R=kn*p$

जहाँ:

  $R$ अल्पसंख्यक चार्ज वाहक पुनर्संयोजन की दर है

   $k$ पुनर्संयोजन गुणांक है

   $n$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता है

   $p$ बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता है

अल्पसंख्यक चार्ज वाहक प्रसार

अल्पसंख्यक आवेश वाहक अर्धचालक के माध्यम से उच्च सांद्रता वाले क्षेत्रों से कम सांद्रता वाले क्षेत्रों तक फैल सकते हैं। निम्नलिखित समीकरण अल्पसंख्यक आवेश वाहकों के प्रसार का वर्णन करता है:

$J=-D*{\frac {\partial n}{\partial x}},$

ज हाँ:

   $J$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों का प्रसार धारा है

   $D$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों का प्रसार गुणांक है

  ${\frac {\partial n}{\partial x}},$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता प्रवणता है

अल्पसंख्यक प्रभार वाहकों के अनुप्रयोग

ट्रांजिस्टर, डायोड और सौर सेल सहित कई अर्धचालक उपकरणों में अल्पसंख्यक चार्ज वाहक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, एक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर में, ट्रांजिस्टर के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा को नियंत्रित करने के लिए अल्पसंख्यक चार्ज वाहक को पी-एन जंक्शन पर इंजेक्ट किया जाता है।

गणितीय समीकरण

निम्नलिखित गणितीय समीकरण अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की उत्पत्ति, पुनर्संयोजन और प्रसार का वर्णन करते हैं:

उत्पादन

$R_{g}=G*n_{i},$

जहाँ:

$R_{g}$ अल्पांश आवेश वाहक उत्पादन की दर है

 $G$ पीढ़ी गुणांक है

$n_{i}$आंतरिक वाहक एकाग्रता है

पुनर्संयोजन

$R_{r}=K*n*p,$

जहाँ:

  $R_{r}$अल्पसंख्यक आवेश वाहक पुनर्संयोजन की दर है

  $k$ पुनर्संयोजन गुणांक है

  $n$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता है

   $p$ बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता है

प्रसार

$J=-D*{\frac {\partial n}{\partial x}},$

जहाँ:

   $J$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों का प्रसार धारा है

   $D$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों का प्रसार गुणांक है

  ${\frac {\partial n}{\partial x}},$ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता प्रवणता है

रेखांकन

निम्नलिखित ग्राफ़ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की उत्पत्ति, पुनर्संयोजन और प्रसार को दर्शाते हैं:

तापमान के साथ अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की उत्पत्ति बढ़ती है। अल्पसंख्यक आवेश वाहकों का पुनर्संयोजन अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता और बहुसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता के साथ बढ़ता है। अल्पसंख्यक आवेश वाहकों का प्रसार अल्पसंख्यक आवेश वाहकों की सांद्रता प्रवणता के साथ बढ़ता है।

संक्षेप में

अर्धचालक भौतिकी में अल्पसंख्यक आवेश वाहक एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। वे ट्रांजिस्टर, डायोड और सौर सेल सहित कई अर्धचालक उपकरणों में भूमिका निभाते हैं।